Chương 4: THỰC NGHIỆM VÀ BÀN LUẬN KẾT QUẢ
4.3. Thực nghiệm collector (Bộ thu phẳng)
Nội dung thực nghiệm này tác giả trình bày 3 thí nghiệm tiêu biểu vào những ngày nắng tương đối đều, trời ít mây, độ ẩm trong không khí từ 50 ÷ 70%.
Trong các thí nghiệm sẽ xác định nhiệt độ đầu vào và nhiệt độ đầu ra của collector theo thời gian trong ngày khi thay đổi lưu lượng không khí từ đó xem xét các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình làm việc của collector.
Với hệ thống trong thí nghiệm có thể thay đổi ở 3 chế độ vận tốc dòng khí là V1 = 0,5 m/s, V2 = 1 m/s, V3 = 1,5 m/s.
Lưu lượng khối lượng không khí đi trong collector sẽ được xác định theo công thức:
m.V.A Trong đó:
m là lưu lượng khối lượng không khí qua bộ thu (kg/s) là khối lượng riêng không khí (kg/m3)
V là tốc độ gió qua bộ thu (m/s)
A là diện tích cửa cấp gió cho bộ thu (m2)
Có 3 chế độ thí nghiệm khác nhau tương ứng với 3 giá trị lưu lượng là:
GVHD: GS.TS. Lê Chí Hiệp HVTH : Đặng Văn Bên m1 = 86,605 kg/h ứng với tốc độ chuyển động của dòng khí trong collector V1 = 0,5 m/s.
m2 = 173,211kg/h ứng với tốc độ chuyển động của dòng khí trong collector là V2 = 1 m/s.
m3 = 259,818 kg/h ứng với tốc độ chuyển động của dòng khí trong collector là V3=1,5m/s.
Hiệu suất bộ thu
Ta có thể dùng công thức xác đinh hiệu suất bộ thu như sau:
A .I
t . c . m
bt p
Trong đó:
m là lưu lượng khối lượng không khí qua bộ thu (kg/s) cp là nhiệt dung riêng của không khí (J/kg.K)
tlà độ chênh nhiệt độ giữa không khí vào ra của bộ thu (oC) Abt là diện tích lắp đặt bộ thu (m2)
I là cường độ bức xạ mặt trời trên mặt phẳng bộ thu (W/m2) Các thông số ban đầu:
- Diện tích lắp đă ̣t: 2,032m2 (1,6 m x 1,27m) - Số ống: 17 ống
- Đường kính mỗi ống: 0,06m
- Khối lượng riêng không khí 1, 001kg m/ 3
- Lượng không khí cần thiết cho quá trình sấy: 581,628 kg/h
GVHD: GS.TS. Lê Chí Hiệp HVTH : Đặng Văn Bên Thí nghiệm 1:
- Thời gian: ngày 16 tháng 3 năm 2014 - Lưu lượng dòng khí m1 = 86,605 kg/h
- Vận tốc không khí qua collector V1 = 0,5 m/s
Bảng 4.1: Kết quả của thí nghiệm 1
Thời gian
Nhiệt độ đầu vào Collector
Tv (0C)
Nhiệt độ đầu ra Collector
Tr (oC)
Độ chênh lệch nhiệt
độ
∆T
Cường độ bức xạ mặt trời I(W/m2)
Độ ẩm υ (%)
Hiệu suất Collector
η (%)
9h 32,5 48,5 16 530 52,5 35,9
10h 32 55,7 23,7 770 53 36,6
11h 33,2 61,5 28,3 920 51 36,6
12h 34,2 66,5 32,3 1040 50,5 37,0
13h 35,3l 70,8 35,5 980 48 43,1
14h 34 64,5 30,5 830 50 43,7
15h 33,5 57,5 24 630 53 45,3
Hình 4.8. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian trong ngày của thí nghiệm 1
0 10 20 30 40 50 60 70 80
9h 10h 11h 12h 13h 14h 15h
Nhiệt độ đầu vào Tv Nhiệt độ đầu ra Tr
GVHD: GS.TS. Lê Chí Hiệp HVTH : Đặng Văn Bên Thí nghiệm 2:
- Thời gian: ngày 17 tháng 3 năm 2014 - Lưu lượng dòng khí m2 = 173,211kg/h - Vận tốc không khí qua Collector V2 = 1 m/s
Bảng 4.2: Kết quả của thí nghiệm 2
Thời gian
Nhiệt độ đầu vào Collector
Tv (0C)
Nhiệt độ đầu ra Collector
Tr (oC)
Độ chênh lệch nhiệt
độ
∆T
Cường độ bức xạ mặt trời I(W/m2)
Độ ẩm υ
(%)
Hiệu suất Collector
η (%)
9h 31 41 10 550 61,5 21,6
10h 32,5 47,5 15 830 57,5 21,5
11h 33 54 21 970 55 25,8
12h 33 55,5 22,5 1015 55 26,4
13h 33 55 22 950 53 27,6
14h 32,5 52 19,5 835 55 27,8
15h 32 47,5 15,5 650 56 28,4
Hình 4.9. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian trong ngày của thí nghiệm 2
0 10 20 30 40 50 60
9h 10h 11h 12h 13h 14h 15h
Nhiệt độ đầu vào Tv Nhiệt độ đầu ra Tr
GVHD: GS.TS. Lê Chí Hiệp HVTH : Đặng Văn Bên Thí nghiệm 3:
- Thời gian: ngày 18 tháng 3 năm 2014 - Lưu lượng dòng khí m3 = 259,818 kg/h - Vận tốc không khí qua collector V3 = 1,5 m/s
Bảng 4.3: Kết quả của thí nghiệm 3
Thời gian
Nhiệt độ đầu vào Collector
Tv (0C)
Nhiệt độ đầu ra Collector
Tr (oC)
Độ chênh lệch nhiệt
độ
∆T
Cường độ bức xạ mặt
trời I (W/m2)
Độ ẩm υ
(%)
Hiệu suất Collector
η (%)
9h 31 40 9 560 61 19,1
10h 31,5 47,5 16 750 58 25,4
11h 32 52 20 920 56 25,9
12h 33 54,5 21,5 950 53 26,9
13h 32,5 53,5 21 918 50,5 27,2
14h 32,5 50 17,5 810 51 25,7
15h 32 43,5 11,5 610 56 22,4
Hình 4.10. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian trong ngày của thí nghiệm 3
0 10 20 30 40 50 60
9h 10h 11h 12h 13h 14h 15h
Nhiệt độ đầu vào Tv Nhiệt độ đầu ra Tr
GVHD: GS.TS. Lê Chí Hiệp HVTH : Đặng Văn Bên Nhận xét:
- Kết quả thí nghiệm vào các ngày khác nhau, đây là những ngày nắng tương đối đều, trời ít mây, độ ẩm trong không khí từ 50 ÷ 70%.
- Từ các đồ thị trên ta thấy trong cùng một khoảng thời gian ở các chế độ dòng khí khác nhau thì nhiệt độ sẽ cùng tăng hoặc cùng giảm như nhau.
- Nhiệt độ đầu ra Tr của collector sẽ phụ thuộc vào lưu lượng không khí đi trong collector. Khi thay đổi chế độ dòng khí đi trong collector thì nhiệt độ dòng khí đầu ra của collector cũng thay đổi theo. Ta thấy ở chế độ lưu lượng nhỏ (ứng với vận tốc V1= 0,5 m/s) thì nhiệt độ đầu ra Tr có giá trị lớn hơn nhiệt độ đầu ra ở chế độ lưu lượng lớn hơn (ứng với vận tốc V2 = 1 m/s và V3 = 1,5 m/s).
- Khi vận tốc V1 = 0,5 m/s thì nhiệt độ lớn nhất là Tr = 70,8 oC, khi V2 = 1 m/s thì Tr = 55,5oC, còn khi V3 = 1,5 m/s thì Tr = 54,5 oC.
- Khi tăng lưu lượng dòng khí qua collector thì nhiệt độ đầu ra của collector sẽ giảm.
- Sự chênh lệch nhiệt độ cũng thay đổi khi thay đổi lưu lượng m. Vì Khi tăng lưu lượng dòng khí qua collector thì độ chênh lệch nhiệt độ ΔT sẽ giảm đi, điều này chứng tỏ nhiệt độ đầu ra của collector giảm nhiều hơn so với độ tăng nhiệt độ đầu vào khi thay đổi m. Do khi lưu lượng không khí lớn, nghĩa là tốc độ lưu động của dòng khí qua collector lớn hay thời gian tiếp xúc của các phân tử khí với các tấm hấp thụ của thiết bị giảm đi, làm giảm nhiệt lượng truyền từ tấm hấp thụ sang không khí, do đó nhiệt độ của không khí sẽ giảm và ở một nhiệt độ thấp hơn khi ra khỏi collector.
- Dựa vào các thông số trên ta có thể đưa ra các chế độ hoạt động của quá trình sấy đối với các loại vật liệu sấy khác nhau ở những thời điểm nhất định. Ta có chọn chế độ hoạt động của hệ thống bằng cách ở đoạn nào có nhiệt độ nằm trong khoảng nhiệt độ yêu cầu của vật liệu sấy thì ta để ở chế độ hoạt động đó.
- Hiệu suất làm việc của collector tăng giảm theo chiều tăng giảm của độ chênh lệch nhiệt độ ΔT. Ngoài ra, hiệu suất của bộ thu nhiệt còn phụ thuộc vào lưu lượng dòng khí đi trong collector. Khi tăng lưu lượng dòng khí đi trong collector thì hiệu suất của bộ thu nhiệt tăng lên. Hiệu suất của bộ thu nhiệt tăng là do khi tăng lưu lượng dòng khí thì tốc độ dòng khí đi qua collector sẽ tăng lên nên sự hao tổn nhiệt độ từ không khí nóng ra môi trường bên ngoài giảm đi. Tuy nhiên khi tăng m đến một mức nào đó thì sẽ làm cho hiệu suất giảm, vì khi tăng lưu lượng lớn sẽ làm tăng vận tốc dòng khí qua collector, do đó làm cho khả năng được đốt nóng của không khí giảm đi, làm giảm hiệu suất của thiết bị. Vì vậy cần chọn m hợp lý để bộ thu nhiệt có thể được hiệu suất làm việc cao nhất.
Do đó trong đề tài này theo tính toán lượng không khí cần thiết cho quá trình sấy là 581,628 kg/h tương ứng với vận tốc tác nhân sấy 1m/s thì diện tích collector chế tạo không đáp ứng được lưu lượng và nhiệt độ không khí cho quá trình sấy nếu sấy sử dụng hoàn toàn bằng năng lượng mặt trời. Vì thế như đã phân tích ở trên tùy vào từng điều kiện cụ thể mà ta chọn diện tích collector cho phù hợp. Sau đó tính toán việc kết hợp với nguồn nhiệt khác nhằm sử dụng hiệu quả nguồn các nguồn năng lượng.